Электрификация и автоматизация процесса очистки зерна в псевдоожиженном слое

В принятом на ХХУ1 съезде КПСС Постановлении «Основные направления экономического и социального развития СССР на 19 811 985 годы и на период до 1990 года» сказано, что важнейшей задачей в земледелии является всемерное повышение плодородия почв и урожайности, а также дальнейший рост производства зерна, которое достигнет 238.243 млн. тонн [ П.

В принятой на майском Пленуме ЦК КПСС 1982 г. Продовольственной программе СССР на период до 1990 года Е 21 проблема ускоренного и устойчивого наращивания производства зерна названа в числе ключевых в сельскохозяйственном производстве. Для ее успешного решения необходимо «.осуществить в одиннадцатой пятилетке перевод семеноводства зерновых культур на промышленную основу, ускорить внедрение в производство высокопродуктивных сортов и гибридов» [ 23.

Но вместе с тем «.мы все чаще сталкиваемся с таким положением, когда узким местом становится не производство, а хранение, переработка продукции, доведение ее до потребителя» П. 21.

На июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС отмечалось, что с целью выведения сельскохозяйственной отрасли в число передовых, необходимо «. обеспечить наиболее разумное использование производственного и научно-технического потенциала» L3*], что в полной мере можно отнести и к послеуборочной обработке зерна, т.к. многие эксплуатируемые в настоящее время зерноочистительные машины по своим техническим характеристикам перестали удовлетворять возросшим агротехническим требованиям с точки зрения универсальности и производительности 193, 104].

В связи с этим, большое значение приобретает разработка и внедрение принципиально новых устройств, высокопроизводительных и универсальных, способных успешно работать в технологических линиях очистки зерна и семян.

Многочисленные исследования, проведенные как в нашей стране [6,7,45,80 и дрЛ, так и за рубежом [ 14,21,110,112] показали, что одним из наиболее перспективных направлений разработки таких агрегатов является применение явления псевдоожижения, природа и свойства которого будут рассмотрены несколько ниже.

Вопросами разработки зерноочистительных машин, работающих на принципе псевдоожижения занимаются коллективы ученых ВНИИЗ, иибИМЭ, ЛОХИ, МмМСХ и др. Однако предельные технологические показатели данные агрегаты показывают лишь в режиме условной стабилизации, заключающемся в искусственном создании условий постоянства входных и управляющих воздействий, что в реальном рабочем режиме, характеризующемся наличием флуктуаций параметров массопотоков, а также множеством возмущающих факторов, осуществимо лишь средствами автоматики.

Область знаний, относящяяся к технике псевдоожижения, развивается быстро и взгляды ученых претерпевают изменения t2ll. Поведение псевдоожиженных систем настолько сложно, что до сих пор не существует моделей, полностью описывающих динамические свойства системы газ-твердые частицы. Для практического применения данного явления необходимо выявить полезные свойства систем, с целью получения желаемого результата.

На кафедре теплотехники и гидравлики МИМСХа под руководством д.т.н., профессора Л. И. Грачевой была осуществлена разработка пневмосепаратора-транспортера, осуществляющего очистку зерна в транспортируемом псевдоожиженном слое Ц803. Отработана его конструкция, исследованы режимы работы. Несколько опытных образцов агрегата установлено в технологических линиях очистки зерна на Мелитопольском комбинате хлебопродуктов, где с его помощью

1аряду с доведением качества поступающего на комбинат продовольственного зерна до соответствия требованиям базисных кондиций [" 95J, также осуществляется выполнение основных мероприятий по) беспеченшо взрывобезопасности элеваторов, сформулированных в изданных в 1983 г. «Правилах организации и ведения технологического процесса на элеваторах и хлебоприемных пунктах» 29 и направ-генных на улучшение работы аспирационных систем.

Вместе с тем, производственная эксплуатация пневмосепарато-)а-транспортера показала, что в нестабилизированном режиме рабо-?ы, из-за флуктуаций значений таких параметров, как подача материала, его натура и влажность, а также питающее напряжение двигате-гей вентиляторов и т. д., наблюдаются отклонения условий протека-шя технологических процессов от оптимальных, сопровождающиеся тибо недопустимо большими потерями полноценных зерен в отходах, шбо неудовлетворительным качеством очистки исходного зернового материала.

Исследования, проведенные на кафедре автоматизации сельско-созяйственного производства МИИСП под руководством чл.-корр. ЗАСХНИЛ, профессора И. Ф. Бородина позволили провести анализ техно-гогической схемы пневмосепаратора-транспортера, осуществляющего) чистку зерна в транспортируемом псевдоожиженном слое, как объ-зкта электрификации и автоматизации.

Целью настоящей работы является разработка и исследование электрических средств, обеспечивающих повышение эффективности эчистки зерна в псевдоожиженном слое посредством автоматического определения и поддержания оптимальных условий протекания технологического процесса.

В работе представлены теоретические и экспериментальные исследования по обоснованию выбора контролируемых и регулируемых параметров автоматической системы управления.

Разработаны электрические средства контроля и управления на базе рецепторной и эффекторной частей системы, определенных из структурно-алгоритмической схемы массопотоков выделяемых фракций.

В результате выполненной работы получены следующие новые данные.

1. На основании поэлементного описания параметров физических переменных в координатах вход-выход, составлена математическая динамическая модель автоматизированного пневмосепаратора-гранспортера.

2. Теоретические и экспериментальные исследования механиче-зких и частотных диапазонов воздействия компонентов зернового материала выявили возможность снижения потерь полноценных зерен з легких примесях до 0,15.0,2 $ при полном удалении последних.

3. Разработаны электрические средства контроля и управления, с основным из которых относятся: датчик четкости сепарации, де-штельный экран для схода фуражных отходов, бинауральная экстре-1альная система распознавания сигналов конденсаторных датчиков.

Практическая ценность проведенных исследований заключается > том, что разработанная автоматическая система позволяет осу-[ествлять контроль и управление процессом разделения на три фрак—ии транспортируемого псевдоожиженного зернового слоя, обеспечи-ая при этом максимальную производительность, так как подача атериала рассматривается в виде независимого задающего воздей-твия.

На защиту выносятся:

1. Информативный признак оптимизации перераспределения ком-онентов зернового материала по толщине псевдоожиженного слоя.

2. Математическая модель взаимовлияния контуров регулирова-ия массопотоками выделяемых фракций.

3. Результаты исследования частотно-механических характерис-ик компонентов исходного зернового материала.

Технические средства автоматического контроля потерь юлноценных зерен в отходах.

Разработки АСУ процессом очистки зерна в псевдоожиженном) лое одобрены на Всесоюзных научно-технических совещаниях по автоматизации производственных процессов в растениеводстве С 42,, на научно-технической конференции «Автоматизация процес-зов сельскохозяйственного производства, приборы контроля и средства автоматизации» ?493, а также на научно-технических конфе-эенциях МИИСП, ЦНИИМЭСХ, МИМСХ и др.

Выводы

1. На основании поэлементного описания параметров физических переменных в координатах вход-выход элементов, составлена математическая модель АСУ пневмосепаратором-транспортером, адекватность которой проверена исследованием статических параметров системы.

2. Частотный анализ АСР массопотоками выделяемых фракций, проведенный в виде диаграммы Боде, показал абсолютную устойчивость системы в диапазоне реальных частотных флуктуаций псевдоожиженного зернового слоя.

3. Лабораторные и производственные испытания автоматизированного пневмосепаратора-транспортера показали работоспособность и помехоустойчивость предложенных устройств, а очищенный материал при этом отвечает требованиям базисных кондиций на [1родовольственное зерно, кроме случаев засоренности трудноот-целимыми примесями.

4. Годовой экономический эффект от внедрения системы автоматизации процесса очистки зерна в псевдоожиженном слое, обус-иовленный улучшением качества сепарации исходного зернового латериала и снижением потерь зерна в отходах, составил около цвух тысяч рублей на один автоматизируемый агрегат.

ОБЩИЕ вывода И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследование процесса очистки зерна в псевдоожиженном ое показало отклонения условий его протекания от оптимальных д воздействием имеющих место в нестабилизированной системе мно-численных возмущений в виде колебаний подачи ожижающего агента, рнового материала, его натуры, влажности и пр., демпфирование торых с оптимизацией условий протекания технологического про-сса возможно лишь посредством его электрификации и автоматиза-:и.

2. Анализ технологической схемы пневмосепаратора-транспорте-, позволил теоретически обосновать иерархичность управления пропсом очистки зерна в транспортируемом псевдоожиженном слое в [де трех взаимосвязанных контуров регулирования с обратными свя-тли по массопотокам выделяемых фракций: очищенного зерна, фураж-х отходов и легких примесей.

3. В качестве рецепторного параметра регулирования произво-[тельности вентилятора нагнетательного воздуховода целесообраз использовать экспериментально выявленное требование постоянст-l отношения высот расширившегося и компактного слоя.

4. С учетом характера частотно-механических характеристик «мпонентов исходного зернового материала разработаны электри-юкие средства определения четкости сепарации, признанные изо-ютением (а.с. II25069). Полученные регрессионные модели указы-1ют на наличие удовлетворительной прямолинейной зависимости жду выходными и входными параметрами этих устройств, а их пог-нпности не превышают — 5%.

5. Инженерный экспресс-анализ степени псевдоожижения, как шрерывной случайной функции времени, позволил заключить о стагонарности данного случайного процесса и соответствии Гаус-)вскому закону распределения. Экспериментальными исследовани-ш динамики расширения зернового слоя выявлены две фазы его >евдоожикения в виде колебательного и апериодического процес-)в для двух исходных состояний: компактного и частично ожиженно

6. Анализ условий управляемости и наблюдаемости подтвер

I состоятельность теоретического обоснования принятой структур-)-алгоритмической схемы пневмосепаратора-транспортера. Частот-ш анализ АСР массопотоками выделяемых фракций, проведенный в зде диаграммы Боде, показал абсолютную устойчивость системы в яапазоне реальных частотных флуктуаций потоков зерна и ожижаю-эго воздуха. Быстродействие системы, при сохранении качества шамического функционирования, лежит в пределах 3 с, что удов-этворительно согласуется со временем транспортного запаздыва-ж при движении компонентов зернового слоя в пределах рабочей шеры.

7. Лабораторные и производственные испытания автоматизиро-энного пневмосепаратора-транспортера показали целесообразность рименения разработанной системы. Экономический эффект, обуслов-енный улучшением качества очистки исходного зернового материала снижением потерь зерна в отходах, составил 1985 руб. на один грегат в год, или 0,1 руб. на одну тонну очищенного зерна.